第2卷第5期 智能系统学报 Vol.2 Na 5 2007年10月 CAAI Transactions on Intelligent Systems 0ct.2007 基于群体智能框架理念的遗传算法总体模式描述 康琦，汪镭，刘小莉，吴启迪 (同济大学电子与信息工程学院，上海200092) 摘要：在各类群体智能算法中，不同的智能体群往往具有不同的外在表现形式，但他们所表现出来的智能计算模 式具有相对的统一性.为了验证这一理念并从宏观的视角来研究群体智能理论，对群体智能中各类智能计算模式进 行总结提炼，提出了群体智能计算的一种内在统一的总体框架模型，并以遗传算法为例加以具体论述与验证，给出 了基于群体智能框架理念的遗传算法总体模式描述 关键词：群体智能；框架描述；总体模式；遗传算法 中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1673-4785(2007)050042-06 General mode description genetic algorithms based on a frame work of swarm intelligence KANG Qi,WANGLei,LIU Xiao-li,WU Qi-di (College of Electronics and Information Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China) Abstract:Different computational modes of agents take on relatively uniform characteristics in different kinds of swarm intelligence algorithms,though they usually have different extrinsic forms.To verify this idea and make further systematic study of swarm intelligence from a more macroscopic angle,various kinds of intelligent computational modes in the field of swarm intelligence were identified and are summarized in this paper.Based on this work,a uniform framework describing swarm intelligence is proposed,dis- cussed,and then shown to be valid using a genetic algorithm.Finally,a general description of genetic al- gorithms is presented based on the idea of a framework of swarm intelligence. Key words:swarm intelligence;framework description;general mode;genetic algorithm 在人工智能研究领域随着对各类智能计算模 种模拟自然界遗传机制和生物进化的并行随机优化 式研究的深入进行，群体智能这个主题理念及相关 方法，也可以看作群体智能的一种典型实现模式.本 研究领域开始引起了人们的注意.群体智能是一 文首先提出一种群体智能内在的统一框架模型，然 种在自然界生物群体所表现出的智能现象启发下提 后在此基础上，针对遗传算法给出其群体智能框架 出的人工智能模式，是对简单生物群体的智能涌现 模式，并给出遗传算法的形式化模型。 现象的具体模式研究2引.该种智能模式需要以相 当数目的智能个体来实现对某类问题的求解功能. 1 群体智能的统一框架理念 群体智能自提出以来，由于其在解决复杂的组合优 一般而言，群体智能以自然界中生物系统行为 化类问题方面所具有的优越性能，在诸如优化问题 为参照基础，研究其中所蕴含的丰富的信息处理机 求解、机器人领域、电力系统领域、网络及通讯领域、 制，在所需求解问题特征的相关目标导引下，提取相 计算机领域、半导体制造领域和工程设计领域等取 应的计算模型，设计相应的智能算法，通过相关的信 得了较为成功的应用4.遗传算法是由美国 息感知积累、知识方法提升、任务调度实施、定点信 Michigan大学的John Holland教授首先提出的一 息交换等模块的协同工作，得到智能化的信息处理 收稿日期：200612-05. 效果，并在各相关领域加以应用 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2002CB312202);因 在群体智能中，信息处理模式均是模拟自然界 家自然科学基金资助项目(70531020,50408034)：国家发 改委CNGI计划资助项目(CNG041子5A-2) 相关生物组织和生物系统智能特征的.这是进化计 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.net第 2 卷第 5 期 智 能 系 统 学 报 Vol. 2 №. 5 2007 年 10 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Oct. 2007 基于群体智能框架理念的遗传算法总体模式描述 康 琦 ,汪 镭 ,刘小莉 ,吴启迪 (同济大学 电子与信息工程学院 ,上海 200092) 摘 要 :在各类群体智能算法中 ,不同的智能体群往往具有不同的外在表现形式 ,但他们所表现出来的智能计算模 式具有相对的统一性. 为了验证这一理念并从宏观的视角来研究群体智能理论 ,对群体智能中各类智能计算模式进 行总结提炼 ,提出了群体智能计算的一种内在统一的总体框架模型 ,并以遗传算法为例加以具体论述与验证 ,给出 了基于群体智能框架理念的遗传算法总体模式描述. 关键词 :群体智能 ;框架描述 ;总体模式 ;遗传算法 中图分类号 : TP18 文献标识码 :A 文章编号 :167324785 (2007) 0520042206 General mode description genetic algorithms based on a framework of swarm intelligence KAN G Qi ,WAN G Lei , L IU Xiao2li , WU Qi2di (College of Electronics and Information Engineering , Tongji University , Shanghai 200092 , China) Abstract :Different comp utational modes of agents take on relatively uniform characteristics in different kinds of swarm intelligence algorit hms , though t hey usually have different extrinsic forms. To verify this idea and make f urt her systematic st udy of swarm intelligence from a more macroscopic angle , various kinds of intelligent comp utational modes in t he field of swarm intelligence were identified and are summarized in t his paper. Based on t his work , a uniform framework describing swarm intelligence is proposed , dis2 cussed , and t hen shown to be valid using a genetic algorit hm. Finally , a general description of genetic al2 gorithms is p resented based on t he idea of a framework of swarm intelligence . Keywords :swarm intelligence ; framework description ; general mode ; genetic algorit hm 收稿日期 :2006212205. 基金项目 :国家重点基础研究发展计划资助项目(2002CB312202) ;国 家自然科学基金资助项目 (70531020 ,50408034) ;国家发 改委 CN GI 计划资助项目(CN GI20421525A22) . 在人工智能研究领域 ,随着对各类智能计算模 式研究的深入进行 ,群体智能这个主题理念及相关 研究领域开始引起了人们的注意[1 ] . 群体智能是一 种在自然界生物群体所表现出的智能现象启发下提 出的人工智能模式 ,是对简单生物群体的智能涌现 现象的具体模式研究[ 2 - 3 ] . 该种智能模式需要以相 当数目的智能个体来实现对某类问题的求解功能. 群体智能自提出以来 ,由于其在解决复杂的组合优 化类问题方面所具有的优越性能 ,在诸如优化问题 求解、机器人领域、电力系统领域、网络及通讯领域、 计算机领域、半导体制造领域和工程设计领域等取 得了较 为 成 功 的 应 用[4 - 5 ] . 遗 传 算 法 是 由 美 国 Michigan 大学的 John Holland 教授首先提出的一 种模拟自然界遗传机制和生物进化的并行随机优化 方法 ,也可以看作群体智能的一种典型实现模式. 本 文首先提出一种群体智能内在的统一框架模型 ,然 后在此基础上 ,针对遗传算法给出其群体智能框架 模式 ,并给出遗传算法的形式化模型. 1 群体智能的统一框架理念 一般而言 ,群体智能以自然界中生物系统行为 为参照基础 ,研究其中所蕴含的丰富的信息处理机 制 ,在所需求解问题特征的相关目标导引下 ,提取相 应的计算模型 ,设计相应的智能算法 ,通过相关的信 息感知积累、知识方法提升、任务调度实施、定点信 息交换等模块的协同工作 ,得到智能化的信息处理 效果 ,并在各相关领域加以应用. 在群体智能中 ,信息处理模式均是模拟自然界 相关生物组织和生物系统智能特征的. 这是进化计 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net